自來水廠制水過程中會產(chǎn)生大量的污泥，平均每生產(chǎn)1萬噸飲用水可產(chǎn)生幾十乃至數(shù)百噸的濃縮后污泥（含水率約97%）。數(shù)量如此巨大的污泥很難在自然環(huán)境中消納，必須通過污泥脫水，進一步提高污泥的含固率使之成為固態(tài)的泥餅，以減少污泥體積便于外運處置。
污泥脫水的方式一般有自然干化和機械脫水兩種，自然干化包括干化床和干化塘，機械脫水主要有帶式壓濾機、板框壓濾機、離心脫水機和疊螺脫水機四種。由于自然干化占地面積大、脫水時間長、衛(wèi)生環(huán)境差且維護管理工作大，國內自來水廠污泥脫水目前一般都采用機械脫水的方式，污泥脫水機的投資和運行成本在整個污泥脫水項目中占有較大份額。下面就四種常用的污泥脫水機的工作原理、技術特點、優(yōu)缺點和運行成本等進行詳細說明。
一、污泥脫水機工作原理
1、帶式壓濾機
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帶式壓濾機是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從一連串有規(guī)律排列的輥壓筒中呈S形經(jīng)過，依靠濾帶本身的張力形成對污泥層的壓榨和剪切力，把污泥層中的毛細水擠壓出來，從而實現(xiàn)污泥脫水。
?、诠ぷ鬟^程
帶式壓濾機根據(jù)功能共分為五個區(qū)段，如圖1所示，各區(qū)段功能如下：
1-化學預處理脫水段；2-重力濃縮脫水段；3-楔形區(qū)預壓脫水段；4-擠壓輥高壓脫水段；5-物料排出段
?。?）化學預處理脫水段：經(jīng)過濃縮的污泥與一定濃度的絮凝劑在混合器中充分混合以后，污泥中的微小固體顆粒聚凝成體積較大的絮狀團塊，同時分離出自由水。
（2）重力濃縮脫水段：絮凝后的污泥經(jīng)布料斗均勻送入網(wǎng)帶，污泥隨濾帶向前運行，游離態(tài)水在自重作用下通過濾帶流入接水槽。
?。?）楔形區(qū)預壓脫水段：重力脫水后的污泥隨著帶式壓濾機濾帶的向前運行，上下濾帶間距逐漸減少，物料開始受到輕微壓力，并隨著濾帶運行，壓力逐漸增大。
?。?）擠壓輥高壓脫水段：物料脫離楔形區(qū)就進入此區(qū)內受擠壓，沿濾帶運行方向壓力隨擠壓輥直徑的減少而增加，物料受到擠壓體積收縮，物料內的間隙游離水被擠出。
?。?）物料排出段：物料經(jīng)過以上各階段的脫水處理后形成濾餅排出，通過刮泥板刮下，上下濾帶分開，經(jīng)過高壓沖洗水清除濾網(wǎng)孔間的微量物料，繼續(xù)進入下一步脫水循環(huán)。
2、板框壓濾機
①工作原理
在密閉的狀態(tài)下，經(jīng)過高壓泵打入的污泥經(jīng)過板框的擠壓，使污泥內的水通過濾布排出，達到脫水目的。板框壓濾機構造原理如圖2所示。
圖 2 板框壓濾機構造原理
注：1-濾布結合處；2-濾框（板框腔）；3-濾液通道；4-濾布；5-濾板；6-擠壓進氣管；7-隔膜；8-壓縮空氣室；9-泥餅.
?、诠ぷ鬟^程
（1）壓緊濾板：由電力啟動油壓系統(tǒng)閉合濾板。
?。?）加壓脫水：投料泵啟動，輸送泥漿進入脫水機內，濾框空氣管路上的排氣閥打開排出氣體，濾液經(jīng)濾布排出。
?。?）擠壓脫水：投料泵停，排氣閥關閉，通入壓縮空氣進行擠壓，使泥餅進一步脫水。
?。?）泥餅風干：進氣管切換至吹氣管，打開廢氣管，輸入壓縮空氣。吹出泥芯，殘余泥水與氣體經(jīng)廢氣管被排出氣水分離器。
（5）卸料及沖洗：吹氣結束，濾板打開，依次分板卸泥餅后，啟動高壓沖洗水泵對濾布逐一沖洗。整個工作周期約2—4h。
3、離心脫水機
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由轉載和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉軸送入轉筒，在高速旋轉產(chǎn)生的離心力下，立即被甩入轉鼓腔內。由于比重不一樣，形成固液分離。污泥在螺旋輸送器的推動下，被輸送到轉鼓的錐端由出口連續(xù)排出；液環(huán)層的液體則由堰口連續(xù)“溢流”排至轉鼓外靠重力排出。離心脫水機外形及其構造如圖3所示。
圖 3 離心脫水機構造圖
2、工作過程
?。?）混合與加速均布階段：污泥與絮凝劑在進料室內混合并得到加速，確保污泥以均勻的最佳狀態(tài)進入分離區(qū)。
（2）澄清階段：在離心力的作用下，污泥顆粒在轉鼓的直線段快速分離并沉降，分離的上清液通過設在轉鼓尾端的堰口排出。
（3）壓縮階段：螺旋輸送器將沉降污泥推送至卸料端，污泥在離心力的作用下得到進一步壓縮，并釋放出孔隙水。
?。?）雙向擠壓段：在轉鼓的圓錐段，螺旋輸送器經(jīng)過適當?shù)脑O計，沿軸方向產(chǎn)生雙向擠壓力。配合離心機的壓縮作用，進一步將污泥的毛細水擠出，污泥從卸料口排出。
4、疊螺脫水機
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由固定環(huán)，游動環(huán)相互層疊，螺旋軸貫穿其中形成的過濾主體。通過重力濃縮以及污泥在推進過程中受到背壓板形成的內壓作用實現(xiàn)充分脫水，濾液從固定環(huán)和活動環(huán)所形成的濾縫排出，泥餅從脫水部的末端排出。疊螺脫水機外形及其構造如圖4所示。
圖 4 疊螺脫水機構造圖
?、诠ぷ鬟^程
?。?）進泥：通過進泥泵將污泥輸送至計量槽，通過計量堰計量的污泥流入絮凝混合槽，多余的部分通過計量槽中央的回流管返回供泥處。
（2）絮凝：疊螺污泥脫水機的絮凝混合槽部分內設攪拌裝置和加藥口，污泥和絮凝劑在槽內充分反應，形成礬花。
（3）濃縮：礬花在濃縮部主要通過重力濃縮，把污泥中的大部分水分以濾液的形式返回生化處理系統(tǒng)在處理，留在疊螺主體內的礬花通過螺旋軸的轉動慢慢地向脫水部推進。
（4）脫水：疊螺主體內的螺旋軸的螺距逐漸變小，環(huán)與環(huán)之間的空隙也逐漸變小，在排出口的背壓板的作用下，脫水部內產(chǎn)生極大的內壓，使礬花在脫水部充分脫水。
（5）出泥：礬花脫水后形成的泥餅從背壓板的間隙中排出?？梢酝ㄟ^調節(jié)背壓板的間隙來調節(jié)泥餅的含水率和處理量。
二、性能比較
上述四種污泥脫水機的性能比較見表1：
表1污泥脫水機性能比較
| 項目 | 帶式 | 板框式 | 離心式 | 疊螺式 |
| 脫水方式 |
重力+剪切脫水
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加壓脫水
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離心脫水
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游動環(huán)層疊型螺旋脫水
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低濃度污泥直接脫水
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不可以
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不可以
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不可以 | 不可以 |
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污泥濃縮池
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需要
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需要 | 需要 |
不需要
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污泥貯存池
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需要
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需要 | 需要 |
不需要
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占地空間
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中
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大
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小
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小
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輔助設備
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空壓機系統(tǒng)，高壓沖洗泵系統(tǒng)
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空壓機系統(tǒng)， 高壓沖洗泵系統(tǒng)
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不需要 | 不需要 |
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連續(xù)運行
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可以，但比較困難
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不可以
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可以 | 可以 |
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環(huán)境衛(wèi)生條件
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一般
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一般
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好
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好
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運轉噪聲、震動
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大
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大
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極大
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小 |
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維修管理
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較方便
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較復雜
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方便 | 方便 |
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適用范圍
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不適用于油性污泥脫水
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不適用于油性污泥脫水
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不適用于比重接近的固液分離
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不適用于無機污泥（如金屬類污泥）脫水
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用電量
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較大
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中
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大 | 小 |
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沖洗用水
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大
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中 | 少 | 少 |
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絮凝劑
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使用
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使用 | 使用 | 使用 |
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泥餅含水率
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70%~80%
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50%~70%
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60%~80%
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75%~80%
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污泥回收率
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約 90%
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＞95%
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約 95%
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約 90%
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| 金凱地自主知識產(chǎn)權生產(chǎn)的智能壓榨機，市政污泥污水處理方面，經(jīng)多個行業(yè)案例驗證：入料含水率90%，直接壓榨后污泥含水率小于40±5%，生物質造料后25%含水率熱值大于3500大卡 | ||||
三、經(jīng)濟分析
1、分析說明
?、倨放七x擇
在相同生產(chǎn)工況條件下，國產(chǎn)和進口的污泥脫水機均能穩(wěn)定、可靠運行，但進口污泥脫水機設備投資多、維修周期長、維修費用高，對工況變化的適應性及故障排除方面不如國產(chǎn)污泥脫水機，而且國產(chǎn)污泥脫水機設備投資少、技術支持到位、易損件修復容易、備品備件供貨期短，一些自來水廠已考慮將進口污泥脫水機更換為國產(chǎn)污泥脫水機，因此這里選擇國產(chǎn)知名品牌，業(yè)績眾多、應用廣泛、質量信譽可靠的污泥脫水機廠家。
?、诮^干污泥量
以江蘇某水廠為例，原水為長江水，處理規(guī)模10萬m³/d，絕干污泥量約14tDs/d。
③運行方式
按照可自控運行選型，污泥脫水機每日工作16h（絕干污泥處理量為875kgDs/h），每年工作360d計算。
?、芡两ㄙM用
包括污泥濃縮池、污泥平衡池和脫水機房。污泥濃縮池和污泥平衡池費用約需170萬元（包含設備），脫水機房費用見下文。
⑤設備費用
包括通用設備和專用設備，通用設備主要有PAM泡藥機和螺旋輸送機，約需30萬元，專用設備費用見下文。
?、捱\行費用
包括藥費、水費、電費、維護費、污泥外運費和污泥處置費。
?。?）藥費：PAM價格按30元/kg計算。
（2）水費：按水廠制水成本（包含電耗、藥耗）0.3元/m3計算。
（3）電費：按0.8元/kWh計算。
?。?）維護費：見下文。
（5）污泥外運費：按50元/t（20km以內）計算。
?。?）污泥處置費：因處置方式不同費用相差較大，暫不計算。
2、經(jīng)濟分析
②帶式壓濾機
選用2臺HTB-2000，每日連續(xù)運行16h，每臺絕干污泥處理量450kgDs/h，處理后的污泥含水率按80%（廠家統(tǒng)計的保守均值，下同）計算，污泥量約70t/d。每臺占地面積約9m²，脫水機房土建費用約60萬元；帶式壓濾機每臺35萬元，附屬設備包括污泥螺桿泵和加藥泵各2臺，約20萬；PAM平均投藥量3kg/tDs；每臺清洗用水12m3/h；每臺功率2.2kW；每臺濾布每8個月更換一次，每次約3萬元，軸承每2年更換一次，每次約5000元。
?、诎蹇驂簽V機
選擇廣東省金凱地過濾設備有限公司的板框壓濾機，選用1臺XAZGFQ350/1600-UK，每日工作6班，每班工作周期2.5h，每班絕干污泥處理量2.5t，處理后的污泥含水率按65%計算，污泥量約31t/d。每臺占地面積約41m²，脫水機房土建費用約100萬元；板框壓濾機每臺75萬元，附屬設備包括自動水洗、翻板接液、自控、水洗泵、進料泵和壓榨泵等約37萬元；PAM投藥量1.5kg/tDs；每天水洗一次，每次3m³；功率8kW；濾布每6個月更換一次，每次約2萬元，板框每年更換10%，每次約4萬元。計算可見表2數(shù)據(jù)。
3、離心脫水機
選用1臺LW450，每日連續(xù)運行16h，絕干污泥處理量900kgDs/h，處理后的污泥含水率按75%計算，污泥量約56t/d。每臺占地面積約5m²，脫水機房土建費用約50萬元；離心脫水機每臺50萬元，附屬設備包括污泥螺桿泵和加藥泵各一臺，約32萬元；PAM投藥2kg/tDs；每天水洗一次，每次2m³；功率37kW；螺旋每5年維護一次，每次約8萬元。計算可見表2數(shù)據(jù)。
4、疊螺脫水機
選用2臺TECH-404，每日連續(xù)運行16h，每臺絕干污泥處理量450kgDs/h，處理后的污泥含水率按80%計算，污泥量約70t/d。每臺占地面積約14m²，脫水機房土建費用約60萬元；疊螺脫水機每臺55萬元，附屬設備包括污泥泵和加藥泵各2臺，約4萬元；PAM投藥量5kg/tDs；每臺每天水洗一次，每次2m³；每臺功率5.5kW；每臺疊片每年更換10%，每次約1.5萬元，每臺螺旋每10年維護一次，每次約10萬元。計算可見表2數(shù)據(jù)。
結論與建議
綜上所述，建議自來水廠污泥脫水機從板框壓濾機和離心脫水機兩者中來選擇，具體應根據(jù)自來水廠的實際情況、污泥自身的性質和環(huán)保要求的處置方式來選擇合適的污泥脫水機。目前主要的污泥處置方式為送往城市垃圾衛(wèi)生填埋場與垃圾混合填埋，而國家對城鎮(zhèn)自來水廠污泥混合填埋用泥質暫無相關標準，城市垃圾衛(wèi)生填埋場接收污泥都依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質》（GB/T23485-2009）標準，其中污泥含水率需小于60%。因此：
?。?）如果環(huán)保要求脫水后的污泥需填埋處置，建議選擇板框壓濾機，脫水后的污泥含固率高、體積小、可直接填埋、不需二次處理，大大降低了外運處費。
（2）如果環(huán)保對脫水后的污泥沒有強制要求，還可以其他方式處置，或者污泥脫水機房場地有限，無法放置板框壓濾機，可考慮選擇離心脫水機，占地小，運行環(huán)境好，氣味少。
?。?）如果原水中砂粒含量很高，離心脫水機的磨損會較嚴重，維護費用會增加，建議不要采用離心脫水機